JPH0940402A - オゾン含有プロセスガスの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 オゾン分解の危険のない制御範囲内で、ガス
吐出流量を増加させるオゾン含有プロセスガスの製造方
法。 【解決手段】 一つ以上のオゾン生成器１中で酸素また
は酸素含有ガスのオゾン含量が増強され、該ガスはオゾ
ン生成器１を出て、好ましくは水封式ポンプとして設計
された、コンプレッサー３または複数のコンプレッサー
が並列に連結されたコンプレッサー群に、コンプレッサ
ーの吸引圧よりも高い一定の圧力で供給され、ポンプ中
でコンプレッサー３またはコンプレッサー群の、吸引側
の圧力P_sに比較してP_vまで昇圧させられ、次いで反応器
または他のガスコンシューマーに供給される、プロセス
ガスの吐出流が調整及びまたは制御可能な、オゾン含有
プロセスガスの製造方法において、ガス流量制御弁２が
コンプレッサー３またはコンプレッサー群の、上流の吸
引側に設置され、変動するガス流量は必ずコンプレッサ
ー３またはコンプレッサー群の、上流における変動する
吸引ガス密度により制御されることを特徴とする方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はオゾン含有プロセ
スガスの製造方法に関する。この方法においては酸素ま
たは酸素含有ガスが単独または複数のオゾン生成器中で
オゾンを増強され、このプロセスガスはオゾン生成器を
出てコンプレッサーまたは複数のコンプレッサーが並列
に結合したコンプレッサー群に供給され、コンプレッサ
ーにより、コンプレッサーの吸引側圧力に比較して一定
圧力に昇圧させられ、反応器に供給され、このプロセス
ガスの吐出量は調整または制御可能である。例えば米国
特許5,366,703 号にはこの方法の一般的部分が開示され
ている。

【０００２】

【従来の技術】工業的用途において、最終ガス圧を予め
設定する為には、特に化合物相互の反応などのように、
ガス流量が変化する場合は、ガス吐出量は常に制御され
ねばならない。コンプレッサーのタイプ及び特に吐出量
が概略一定でガス密度に依らない容積吐出型コンプレッ
サー、例えばレシプロ、圧力ピストン、ギア、スクリュ
ー、回転等のコンプレッサー及び液封式ポンプ等の制御
には公知の技術によりスピード、加圧側のスロットル制
御、コンプレッサーと、蓄圧器またはコンプレッサーの
バイパス経由の運転などとの組合わせによる制御などの
間欠運転が使用される。

【０００３】もしガス流が前記のような処理法により圧
縮されるオゾン含有ガスである場合、例えばオゾンによ
るパルプの漂白処理または水にできるだけ高濃度にオゾ
ンを吸収させるための循環回路においては、吐出流量の
制御能力の要件の他に、更に、例えば圧縮中の温度上昇
のためコンプレッサー中でオゾンが分解するのをできる
だけ防ぐ為の要件がある。オゾン含有ガスの圧縮の際、
オゾン分解を防ぐこれらの要件の中では、水封式ポンプ
を使用するのが最も好適である。また技術文献では水冷
式単一スクリューコンプレッサーが同様にこの要件によ
くあてはまるとされている。インジェクション法による
オゾン含有ガスの圧縮は可能であるが、圧力増加幅の小
さな用途に限られる。水封式ポンプの場合に主に使用さ
れる用途は、（例えば、LUEGGER Volume 6“Lexikon de
r Energietechnik und Kraftmaschinen”、Deutsche Ve
rlagsanstalt Stuttgart 1967、Page 387 、Keyword “F
luessigkeitsring-Verdichter”）に記載されている。

【０００４】翼ローター速度による吐出流の制御は、水
封の形成の安定性が不可欠のため非常に限られた範囲で
のみ使用できる。そして加圧側での間欠的な運転または
変動可能なスロットリングは経済的理由及びより大きな
昇圧速度が望まれるという理由で採用されていない。今
日までこのような上述の水封式ポンプを使用して、吸引
流の制御とコンプレッサーのバイパス制御の組み合わせ
により、ガス吐出量を制御することができた。

【０００５】この場合、コンプレッサーは常に入力され
た同一の動力で、同じガス流で運転され、コンプレッサ
ーのガス流量と所要のガス吐出量の間の差はバイパス制
御バルブ経由の吸引圧まで上昇し、再びコンプレッサー
に戻される。ここで制御バイパスの変動可能な制御はコ
ンプレッサーの吸引圧を調整することにより可能にな
る。例えば10〜14bar の圧力において、吐出流量はこの
ようにして約50〜 100％の範囲内で制御でき、コンプレ
ッサーの吸引圧はオゾンガス圧より低く設定できる。オ
ゾン生成器中の圧は常に大気圧以上で、一定に保持さ
れ、圧力は0.4 〜2.0 bar に保持され（この意味はコン
プレッサー上流の圧力が常に大気圧より高いということ
である。）これは水封式コンプレッサーの運転の特殊例
で、今日までオゾン生成にのみ使用されている。（米国
特許5,366,703 号参照）

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、水封式ポンプ
を使用して、このような制御のアイデアにより運転した
が、それにも拘らずオゾン分解は起こった。それに対す
る対策として、バイパス流路が設置されたが、吐出流量
が低い場合には、好ましくないエネルギーやガスの浪費
に繋がるものだった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の方法はオゾン分
解の危険のない制御範囲内で、吐出流量が増加される、
オゾン含有プロセスガスの新規な生成及び圧縮の方法を
与えるものである。本発明の方法はガス流制御弁が、コ
ンプレッサーまたはコンプレッサー群の、上流の吸引側
に設置され、変動するガス流量が全て必ずコンプレッサ
ーまたはコンプレッサー群の、上流で変動する吸引ガス
密度により制御される。本発明の方法は今日までのよう
に、容積流に比例して変動するガス流量を設定するので
はなく、変動する吸引ガス密度により設定するという考
えに基づいている。即ち、もはやコンプレッサーの吸引
圧及びコンプレッサーの吐出流を大略一定に保つという
のではなく、コンプレッサー群及びこれに付随するバイ
パスシステムを所望の最終圧縮圧力に依存する方法で設
計するのである。しかし所望の最終圧縮圧力は一つの用
途に対する全制御範囲に亙って大略一定に保たれるべき
で、コンプレッサーの吸引圧はバイパス制御システムの
介在なしで吐出流と両立する方法で、例えば、吸引側の
吐出流制御によりコントロールされることができ、60〜
100 ％の吐出流の出力範囲で、自由に自己修正できる。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明は遠心分離ブロワーの公知
の制御法に基づいている。例えばブラスト溶炉用ブロワ
ーの場合には、常に同一量の空気がブラスト溶炉の抵抗
に関わりなく吹き込まれる。例えば公知の(Friedrich K
luge“Kreisel geblaese und Kreiselverdichter radi
aler Bauart”Springer -Verlag Berlin／Goettingen
／Heiderberg, 1953,p208 〜209,特に Fig_・249) には同
様の注入流量の制御は吸引ラインのオリフィスによりな
されていることが記載されている。これに対して本発明
のアイデアは下流に設けられる反応器に与えられる最終
圧力が下流の反応におけるオゾン必要量が変化する結果
として、吐出流量が変化するにも拘らず常に同一であ
る。ここではコンプレッサーの吸引圧力は直接には制御
できないが、自由に、流量制御範囲に対するコンプレッ
サー比の変化と等しい比較的広い範囲内で限定できる。

【０００９】本発明においては例えば計算値の吐出量の
30〜60％まで更に減らすために、調整可能な最も低い適
正な吸引圧にした後に引き続いて、バイパス制御操作が
付加的になされる。

【００１０】本発明は吐出流量の制御可能な範囲をより
広くすることができ、またコンプレッサーバイパス運転
の制限によりオゾン分解を大幅に減らすことが可能であ
る。吐出流量の制御可能な範囲を拡大することは並列に
連結されるコンプレッサーの数を減少させることにな
り、つまり設備投資額の減少につながる。本発明におけ
る吸引流量の制御法では、吸引圧の自由な自己調整が可
能であり、バイパスシステムを使用することは、適正な
ガス吐出量範囲でコンプレッサーの連続運転を可能に
し、装置の簡素化または並列結合コンプレッサーの必要
数を減少させることになる。

【００１１】

【実施例】本発明について、以下に図１を参照しながら
詳細に説明する。図１はオゾン生成プラントの構成を説
明するもので、オゾン生成器の下流にはコンプレッサー
が設けられ、更にその下流にはオゾン含有ガスにより物
質を処理する反応器が設けられている。

【００１２】オゾン生成器を含む図１を参照しながら説
明する。オゾン生成器１の下流に流量制御弁２を経て第
１のコンプレッサー（水封式ポンプ３）が設けられてい
る。次いで圧縮されたオゾン含有ガスは反応器４（この
中でオゾン含有ガスは他の物質、例えばセルロースパル
プなどと反応する）を通過し、使用済みのガスはガス処
理器５を経て再びオゾンガス生成器１にリサイクルされ
る。

【００１３】このタイプのプラントは公知に属し、例え
ば前記米国特許5,336,703 号にそのすべてが詳細に記載
されている。この米国特許中にここで使用している水封
式ポンプ３の処理工程の詳細な構造及び機能が述べられ
ている。

【００１４】反応器４を通過するガス流量の制御または
流量の設定のために流量制御計FCが流量制御弁２に設置
されている。流量制御計FCにおいて実流量F （オゾン生
成器１と流量制御弁２の間の流量計８が計測する）は設
定流量値と比較され、この設定流量値は予め何等かのそ
のときの使用量によるか、または管の断面口径と圧力差
の組合せにより決められる。この圧力差は、上流の圧力
は一定のP_cでこれはオゾン生成器の出口の流量計８にお
いて、△P だけ減少しており、下流の圧力は自由に自己
調整され、吸引圧は変動するが、どの場合でも最終圧P_v
が一定になるように制御される。

【００１５】この末端において流量制御弁２は例えば計
算流量値において、この吸引圧P_sはまだオゾン生成器の
出口圧力P_oと最小圧力降下（P_o〜P_s）との差圧より低い
圧力であり、この吸引圧には流量計８及び流量制御弁２
の制御の安定性が要求され、しかし最も低い負荷におい
て吸引圧P_sは低過ぎる値にまでは降下しないように設計
されている。これは流量制御弁２における過度の圧力降
下が起こるとオゾン分解反応が発生するからである。

【００１６】またその場合、吸引圧のより低い技術的な
限界、例えば水封式ポンプ３の蒸発現象なども起こり得
る。特定の最終圧縮圧力において、コンプレッサー３ま
たはコンプレッサー群の、吸引圧P_sは吐出流の制御範囲
内で計算出力から最小負荷まで、少なくとも80% 降下値
まで、コンプレッサー３の可能な吸引圧限度内で自由に
調整できる。

【００１７】吐出流量の制御範囲の下限を更に下げる手
段は、本発明の方法を更に展開させることによりなされ
る。即ち具体的には、圧縮されたプロセスガスをバイパ
スを経由させる方法とコンプレッサー３の加圧側と吸引
側の間の流量制御弁６によりコンプレッサ−３の吸引側
へリサイクルさせるのである。流量制御弁６のもう一つ
の作用は圧力制御計PCにおいて現実の圧力P_sと設定圧P
との比較により行われる。

【００１８】コンプレッサー３と最初の流量制御弁２と
は直列回路で連結している、少なくとももう一つの並列
に結合しているコンプレッサー７は水封式ポンプまたは
それに類似のもので、吐出流を与える。

【００１９】本発明の方法はまた他の複数のプロセスに
も適用可能である。そのプロセスでは他のガスが個々の
用途において、均一な最終圧力を得るために制御可能な
ガス流量で圧縮される。例えば、空気供給式オゾン生成
器に空気を3.5 〜4.5 bar の圧力で注入することは非常
に経済的である。一般に低オイルまたは無オイル式のレ
シプロコンプレッサーは、間欠的に運転してタンクにガ
スを注入するような用途に使用されている。より高い注
入圧による運転はガスホルダーの設置及び間欠運転を必
要とし、運転及び資本コストを増大させる。

【００２０】本発明の修飾され及び変形されたものも有
用である。また本発明はここで述べられた特殊な事例に
限定されるものではない。

【００２１】

【発明の効果】本発明の方法は吐出流量の制御可能な範
囲が広い為と、コンプレッサーバイパス運転の制限によ
りオゾン分解を大幅に減らすことを可能とした。吐出流
量の制御可能な範囲が広いので、並列に連結されるコン
プレッサーの数を減少させることが可能で、設備投資額
の減少につながる。本発明における吸引流量の制御法で
は、吸引圧の自由な自己調整が可能であり、バイパスシ
ステムの使用は、適正なガス吐出量範囲でコンプレッサ
ーの連続運転を可能にし、装置の簡素化及び並列結合コ
ンプレッサーの必要数を減少させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】オゾン生成プラントを説明するダイアグラムで
ある。

【符号の説明】

１ オゾン生成器、 ６ 流量
制御弁、２ 流量制御弁、
７ コンプレッサー、３ コンプレッサー（水封式ポン
プ）、 ８ 流量計、４ 反応器、
FC 流量制御計、５ 処理器、
PC 圧力制御計。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一つ以上のオゾン生成器（１）中で酸素ま
   たは酸素含有ガスのオゾン含量が増強され、該ガスはオ
   ゾン生成器（１）を出て、好ましくは水封式ポンプとし
   て設計された、コンプレッサー（３）または複数のコン
   プレッサーが並列に連結されたコンプレッサー群に、コ
   ンプレッサーの吸引圧よりも高い一定の圧力で供給さ
   れ、ポンプ中でコンプレッサー（３）またはコンプレッ
   サー群の、吸引側の圧力P_sに比較してP_vまで昇圧させら
   れ、次いで反応器または他のガスコンシューマーに供給
   される、プロセスガスの吐出流が調整及びまたは制御可
   能な、オゾン含有プロセスガスの製造方法において、ガ
   ス流量制御弁（２）がコンプレッサー（３）またはコン
   プレッサー群の、上流の吸引側に設置され、変動するガ
   ス流量は必ずコンプレッサー（３）またはコンプレッサ
   ー群の、上流における変動する吸引ガス密度により制御
   されることを特徴とする方法。
2. 【請求項２】特定の最終圧縮圧力において、コンプレッ
   サー（３）またはコンプレッサー群の吸引圧P_Sが、設定
   吐出流量から少なくともその80% までの吐出流の制御範
   囲内で、コンプレッサーまたはコンプレッサー群の吸引
   圧の限界以内において、自由に調整可能な請求項１の方
   法。
3. 【請求項３】バイパス及びもう一つのガス流量制御弁に
   より、少なくとも一つのコンプレッサーの吸引側及び加
   圧側の間で圧縮されたプロセスガスがコンプレッサーの
   吸引側へ、吐出流の制御範囲の下限を下げるために戻さ
   れる請求項１の方法。
4. 【請求項４】制御機能を有しない、少なくとも、もう一
   つのコンプレッサーとの組み合わせにおいて、該コンプ
   レッサーが一定量の吐出流を発生させ、その他のコンプ
   レッサーまたはコンプレッサー群が同様な方法で制御可
   能な請求項１または請求項２の方法。